電解鋁企業(yè)能源管理

班劍鋒|文

本文結(jié)合電解鋁企業(yè)能源管理中心系統(tǒng)的建設(shè)實例，闡述了能源管理中心系統(tǒng)的主要建設(shè)內(nèi)容和關(guān)鍵要素，探討了如何應(yīng)用能源管理系統(tǒng)平臺，推動電解鋁企業(yè)能源管理意識的提高和能源的高效利用，最終實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

電解鋁工業(yè)是我國重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是歷來被稱為“高耗能”的產(chǎn)業(yè)。在“十一五”期間雖然節(jié)約了數(shù)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能源，減排了二氧化碳等溫室氣體和有害物質(zhì)，但與完成“十一五”期間的節(jié)能減排目標(biāo)任務(wù)還有很大的差距。電解鋁企業(yè)是國家宏觀調(diào)控重點對象之一。

能源管控中心建設(shè)的內(nèi)容

電解鋁能源管理中心項目既是一個整合自動化和信息化技術(shù)的管控一體化節(jié)能技術(shù)項目，更是一個將先進(jìn)的能源管理理念和管控思想推行到全員節(jié)能的一個管理項目。能源管理中心管控項目是指采用自動化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)能源系統(tǒng)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實施集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理，改進(jìn)和優(yōu)化能源平衡，實現(xiàn)系統(tǒng)性節(jié)能降耗的管控一體化系統(tǒng)。

能源管控中心系統(tǒng)項目包括如下重要組成部分：

能源調(diào)度中心大廳建設(shè)：調(diào)度中心大廳作為企業(yè)水、電、風(fēng)、氣等公共能源設(shè)施的統(tǒng)一調(diào)度監(jiān)控室，是調(diào)度人員進(jìn)行集中調(diào)度、管控、協(xié)調(diào)的重要場所。調(diào)度大廳一般包括大屏幕、調(diào)度臺、電話與視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。

中心計算機(jī)系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)：能源管理中心系統(tǒng)計算機(jī)系統(tǒng)，主要包括計量和工藝數(shù)據(jù)采集服務(wù)器和能源管理應(yīng)用服務(wù)器以及其他輔助設(shè)備。同時要實現(xiàn)全廠范圍的計量數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)接入，需要建立全廠能源數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。采集網(wǎng)絡(luò)的主要接入點為公共能源系統(tǒng)的監(jiān)控室。數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)與其他信息化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通過防火墻進(jìn)行隔離接入，保證各自系統(tǒng)的獨立性和安全性。

計量儀表的改造和接入以及現(xiàn)場自動化系統(tǒng)的接入：將現(xiàn)有具備通訊功能的計量儀表，接入能源管理系統(tǒng)中；對不具有通訊接口的機(jī)械表，進(jìn)行換表接入，改變?nèi)斯こ淼默F(xiàn)狀，提高計量配置水平；對于暫且不能更換的計量表，提供人工錄入接口，同時支持人工手動抄表。對于現(xiàn)場能源和生產(chǎn)工藝的自動化控制系統(tǒng)，為了保持一級調(diào)度，兩級控制的管理模式，也需要接入到能源調(diào)度中心系統(tǒng)中，以便調(diào)度中心統(tǒng)一監(jiān)控調(diào)度。

能源管理中心系統(tǒng)監(jiān)控和管理應(yīng)用軟件系統(tǒng)建設(shè)：能源管理中心應(yīng)用軟件系統(tǒng)，包括計量數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控調(diào)度應(yīng)急處理以及能源管理業(yè)務(wù)管理軟件幾部分。能源數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控調(diào)度軟件主要完成能源數(shù)據(jù)采集和處理，并通過對能源工藝的工藝圖、接線圖顯示，對報警給出聲、光指示、自動生成值班報表方式，對水、電、風(fēng)、氣系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控和調(diào)度處理和應(yīng)急協(xié)調(diào)；能源管理軟件對能源的實績、CBS能效分析、成本進(jìn)行統(tǒng)計計算，生成各種能源報表；對能源調(diào)度的交接班、值班、用能監(jiān)察、事故分析等進(jìn)行支持，對能源管理體系運(yùn)行、節(jié)能指標(biāo)跟蹤、對節(jié)能項目改造跟蹤等進(jìn)行功能支持。

關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)注重點

能源管控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括基于實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的能源監(jiān)控調(diào)度平臺的選擇、計量儀表的改造接入和能源管理業(yè)務(wù)平臺功能的定位。

1.監(jiān)控調(diào)度與能源管理平臺

監(jiān)控調(diào)度平臺需要選用實時數(shù)據(jù)庫的SCAD平臺。實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)適用于處理不斷更新的快速變化的數(shù)據(jù)及具有時間限制的事務(wù)處理。能源管理系統(tǒng)是實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用的一個典型代表。能源管理系統(tǒng)需要與現(xiàn)場自控系統(tǒng)、儀器儀表等通信采集過程數(shù)據(jù)，其通信協(xié)議數(shù)量各類繁多，其采集標(biāo)簽點數(shù)量依企業(yè)規(guī)模不同從數(shù)千點到數(shù)萬甚至十萬點不等，其采集頻率依應(yīng)用的需要從毫秒級到分鐘級不等，其數(shù)據(jù)存儲的周期從幾個月至數(shù)年，而這些都需要依托實時數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)。

2.計量數(shù)據(jù)的完整性與準(zhǔn)確性

中國鋁業(yè)連城分公司生產(chǎn)調(diào)度指揮中心

計量數(shù)據(jù)是能源管理系統(tǒng)最重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，是體現(xiàn)能源管理系統(tǒng)可用性的前提。

對計量數(shù)據(jù)和控制系統(tǒng)接入，采用了網(wǎng)關(guān)方式接入，既保證了與底層原系統(tǒng)的物理隔離，也統(tǒng)一了上傳的通訊規(guī)約，同時通過網(wǎng)關(guān)，對原來不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正或補(bǔ)償，對于某些不能鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)的散點，也采用相應(yīng)的無線數(shù)據(jù)采集方式。數(shù)據(jù)處理方面，針對某些計量數(shù)據(jù)無法自動采集的情況，保留了人工輸入的接口；對數(shù)據(jù)突變進(jìn)行報警，對固有的計量數(shù)據(jù)的損耗或不平衡，提供多種方式進(jìn)行平衡和分?jǐn)偟?，保證計量數(shù)據(jù)系統(tǒng)是一個可信和可用的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

3.能源規(guī)劃與計劃管理

能源規(guī)劃管理提供能源計劃輔助編制、重點用能設(shè)備能耗、重點用能工藝環(huán)節(jié)能源規(guī)劃管理功能。能源規(guī)劃是企業(yè)能源管理的核心業(yè)務(wù)，關(guān)系到企業(yè)能源管理的總體目標(biāo)確定和宏偉藍(lán)圖設(shè)計，具有高度的前瞻性和能源管理指導(dǎo)作用。該業(yè)務(wù)主要由企業(yè)的管理高層，企業(yè)的能源管理委員會及其下屬機(jī)構(gòu)共同完成。一般由能源管理委員會常設(shè)機(jī)構(gòu)發(fā)起活動，各責(zé)任部門及單位參與并遵照執(zhí)行。

根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)提供的電解鋁生產(chǎn)計劃信息，設(shè)備檢修信息以及生產(chǎn)原料、能源介質(zhì)的購入和庫存信息，結(jié)合從SCADA系統(tǒng)中采集處理的各能源介質(zhì)的實績信息，計算能源單耗，根據(jù)對能耗歷史的分析，幫助制定能源計劃，對能源使用計劃給出指標(biāo)指導(dǎo)。

4.能源實績與指標(biāo)管理

能源實績管理功能主要完成：根據(jù)從過程監(jiān)控SCADA系統(tǒng)獲取電、燃?xì)?、水、蒸汽等各個能源介質(zhì)的消耗量、發(fā)生量、回收量的實時計量數(shù)據(jù)，計算按工序，按成本中心等給出各個能源介質(zhì)的每日或每月的消耗量/發(fā)生量/回收量的統(tǒng)計信息并形成日報或月報。

除自動抄表的數(shù)據(jù)之外，能源實績管理模塊還從生產(chǎn)和ERP及其他第三方系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)以進(jìn)行能耗指標(biāo)的計算，例如鋁液交流電耗，鋁錠綜合交流電耗，萬元產(chǎn)值能耗，鋁產(chǎn)品綜合能耗，原鋁動力電耗等。

5.設(shè)備能效分析

系統(tǒng)能夠?qū)χ攸c工藝環(huán)節(jié)、耗能設(shè)備能耗水平進(jìn)行設(shè)定值與差值趨勢分析。針對電解鋁的實際特點，能效分析重點提供以下能效分析工具：

設(shè)備負(fù)荷分析。按時間維度對公司計量點負(fù)荷趨勢進(jìn)行分析，完成同一時段或不同時段相同耗能設(shè)備負(fù)荷分析對比分析、相同或類似條件下工藝環(huán)節(jié)負(fù)荷對比分析，同時提供與企業(yè)用能相關(guān)其他指標(biāo)分析，同時支持最大需量分析并提供工作時段建議。

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析。實時顯示用能設(shè)備狀態(tài)值，以不同時間維度分別統(tǒng)計，通過閥值判別用能設(shè)備狀態(tài)，按照時間維度計算不同狀態(tài)下能耗占比。設(shè)備狀態(tài)曲線顯示可提供負(fù)荷曲線，同時可針對設(shè)備配置對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行曲線以便實時比較運(yùn)行情況與經(jīng)濟(jì)負(fù)荷的差距，提高設(shè)備運(yùn)行效率。

電解槽能耗分析。電解工序電能消耗占全公司能耗90%以上，是電解鋁節(jié)能降耗工作的重點和難點，同時也是電解鋁行業(yè)能源管理區(qū)別于其他行業(yè)的重要特征。因此，電解槽能耗分析對電解槽的耗能以及效率情況的掌握和改善具有十分重要的指導(dǎo)意義。從電算站和動力系統(tǒng)取得各電解槽的電耗信息，對單個電解槽的用電情況進(jìn)行分析。單臺槽出鋁計量精確性可滿足工藝要求的情況下，統(tǒng)計單臺槽的產(chǎn)能；通過分析準(zhǔn)確地找出槽況較好的電解槽和較差的電解槽，通過調(diào)整出鋁計劃、調(diào)整工藝參數(shù)等優(yōu)化電解槽的運(yùn)行與出鋁，提高整個工序的能效。

空壓系統(tǒng)能耗分析。跟蹤分析各空壓機(jī)運(yùn)行情況、能耗情況、供風(fēng)總量等，從而確定各空壓機(jī)的經(jīng)濟(jì)曲線并提供運(yùn)行時的實時比對功能，使用運(yùn)行人員可有依據(jù)地調(diào)整工作參數(shù)。對空壓系統(tǒng)的空壓站、各用能點的風(fēng)量和風(fēng)壓進(jìn)行分析，檢查是否有欠供、過供的情況，同時對比所有運(yùn)行空壓機(jī)組的能耗情況與運(yùn)行效率，對常見的空壓系統(tǒng)運(yùn)行模式進(jìn)行分析，以確定不同負(fù)荷級別的最優(yōu)調(diào)度模式。

總結(jié)

本文在技術(shù)層面上闡述了如何建設(shè)與應(yīng)用能源管理中心實現(xiàn)企業(yè)能源管理，此外還需要在管理和理念層面上共同努力，才能真正實現(xiàn)電解鋁企業(yè)節(jié)能降耗的最終目標(biāo)。